FR3045710A1 - Bouclier de bord d'attaque - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne le domaine des aubes de turbomachine, et plus spécifiquement un bouclier de bord d'attaque (32) pour aube (16) de turbomachine, qui comporte une ailette intrados (34) et une ailette extrados (36), s'étendant chacune en hauteur et en longueur, reliées l'une à l'autre sur leur hauteur, l'ailette intrados (34) présentant une longueur plus grande que l'ailette extrados (36) sur un premier segment (S1) du bouclier de bord d'attaque (32), et une longueur égale ou inférieure à l'ailette extrados (36) sur un deuxième segment (S2) du bouclier de bord d'attaque (32).

Description

Arrière-plan de l'invention
La présente invention concerne un bouclier de bord d'attaque pour aube de turbomachine. On entend par « turbomachine », dans ce contexte, toute machine dans laquelle peut s'opérer un transfert d'énergie entre un écoulement de fluide et au moins un aubage, comme, par exemple, un compresseur, une pompe, une turbine, une hélice, ou bien une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
De tels boucliers de bord d'attaque sont typiquement destinés à protéger les bords d'attaque d'aubes tournantes ou d'aubes directrices contre les impacts. On entend par « aubes », dans ce contexte, tant les aubes de soufflante que les pales d'hélice aérienne. Afin de limiter leur poids, ces aubes sont typiquement principalement formées d'un corps d'aube en composite à matrice organique, par exemple en polymère, renforcée par des fibres. Bien que ces matériaux présentent des qualités mécaniques généralement très favorables, en particulier par rapport à leur masse, ils présentent une certaine sensibilité aux impacts ponctuels. Des boucliers, typiquement en matériau métallique hautement résistant, comme les alliages de titane, sont donc normalement installés sur les bords d'attaque de telles aubes, afin de les protéger contre ces impacts. Ces boucliers prennent normalement la forme d'une fine ailette intrados et une fine ailette extrados jointes par une section plus épaisse chevauchant le bord d'attaque, l'ensemble épousant la forme de l'aube sur le bord d'attaque et des sections adjacentes de l'intrados et de l'extrados. Les ailettes intrados et extrados s'étendent en hauteur et en longueur sur ces sections de, respectivement, l'intrados et l'extrados de l'aube, et servent principalement à assurer le positionnement et la fixation du bouclier sur le bord d'attaque, mais aussi à distribuer la force d'un impact et dissiper son énergie sur une plus grande surface du corps d'aube. Pour cette raison, l'ailette intrados présente typiquement, sur toute la hauteur du bouclier, une plus grande longueur que l'ailette extrados, puisque l'intrados de l'aube est plus exposé aux impacts. Toutefois, en particulier sur les aubes tournantes, cette longueur supplémentaire de l'ailette intrados pose l'inconvénient d'augmenter de manière sensible la masse du bouclier, ainsi que son inertie autour d'un axe aligné avec la direction de la hauteur.
La présente divulgation vise à remédier à ces inconvénients, en proposant un bouclier de bord d'attaque pour aube de turbomachine qui permette d'offrir une protection appropriée à l'intrados de cette aube avec une masse et une inertie réduites.
Dans au moins un mode de réalisation, ce but est atteint grâce au fait que, dans ledit bouclier de bord d'attaque, qui peut être en matériau métallique et comporte une ailette intrados et une ailette extrados, s'étendant chacune en hauteur et en longueur et reliées l'une à l'autre sur leur hauteur, l'ailette intrados présente une longueur plus grande que l'ailette extrados sur un premier segment du bouclier de bord d'attaque, mais une longueur égale ou inférieure à l'ailette extrados sur un deuxième segment du bouclier de bord d'attaque.
Grâce à ces dispositions, il est possible de réduire la masse et l'inertie du bouclier quand le corps d'aube, côté intrados, est moins exposé aux impacts et/ou moins affecté par eux sous ledit deuxième segment du bouclier que sous ledit premier segment.
Ledit premier segment du bouclier peut s'étendre sur au moins 60% de la hauteur des ailettes intrados et extrados. Afin de continuer à assurer une protection suffisante de l'intrados, dans ledit deuxième segment du bouclier la profondeur de l'ailette intrados peut rester égale ou supérieure à 70% de la profondeur de l'ailette extrados, voire 85%.
La présente divulgation concerne aussi une aube s'étendant en hauteur d'un pied d'aube à une tête d'aube et comprenant un corps d'aube et un tel bouclier de bord d'attaque assemblé sur le corps d'aube, le corps d'aube étant en matériau composite à matrice en polymère renforcée par des fibres, le bouclier de bord d'attaque étant en un matériau ayant une meilleure résistance aux impacts ponctuels que le matériau composite du corps d'aube, et le premier segment du bouclier de bord d'attaque étant plus proche du pied d'aube que le deuxième segment du bouclier de bord d'attaque.
La présente divulgation concerne aussi une turbomachine comprenant une pluralité de telles aubes, une soufflante comprenant une pluralité de telles aubes et un turboréacteur à double flux comprenant une telle soufflante.
Brève description des dessins L’invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d’un mode de réalisation représenté à titre d’exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un turboréacteur à double flux ; - les figures 2A et 2B sont des vues schématiques en perspective du côté intrados et extrados, respectivement, d'une aube tournante de la soufflante du turboréacteur de la figure 1 selon un mode de réalisation de l'aube ; et - les figures 3 et 4 sont des vues partielles en coupe de l'aube des figures 2A et 2B selon les plans III-III et IV-IV, respectivement.
Description détaillée de l'invention
La figure 1 illustre un turboréacteur à double flux 10 comprenant un groupe générateur de gaz 12 et une soufflante 14. Cette soufflante 14 comprend une pluralité d'aubes tournantes 16, arrangées radialement autour d'un axe central X, profilées aérodynamiquement de manière à impulser l'air par leur rotation et entourées par un carter de soufflante 50. Ainsi, comme illustré sur les figures 2A, 2B, 3 et 4, chaque aube 16 présente un bord d'attaque 18, un bord de fuite 20, un intrados 22, un extrados 24, une tête d'aube 26 et un pied d'aube 28.
En fonctionnement normal, le vent relatif est sensiblement orienté vers le bord d'attaque 18 de chaque aube 16. Ainsi, ce bord d'attaque 18 est particulièrement exposé aux impacts. En particulier quand l'aube 16 comprend un corps d'aube 30 en matériau composite, notamment à matrice polymère renforcée par des fibres, il convient donc de protéger le bord d'attaque 18 avec un bouclier de bord d'attaque 32 intégré à chaque aube. En d'autres termes, le bouclier de bord d'attaque 32 est assemblé sur le corps d'aube 30.
Le bouclier de bord d'attaque 32 est fabriqué en un matériau ayant une meilleure résistante aux impacts ponctuels que le matériau composite du corps d'aube 30. Le bouclier de bord d'attaque 32 est principalement métallique, et plus spécifiquement en alliage à base de titane, comme par exemple le TA6V (TÎ-6AI-4V). Le bouclier de bord d'attaque 32 pourrait également être en acier ou en alliage métallique communément désigné par la marque déposée Inconel™. On parle par la suite d'Inconel pour désigner un alliage à base de fer alliés avec du nickel et du chrome.
Le bouclier de bord d'attaque 32 comporte une ailette intrados 34, une ailette extrados 36, qui s'étendent chacune en hauteur sur une hauteur H du bouclier 32 et une section centrale 38 plus épaisse, destinée à chevaucher un bord du corps d'aube 30 et reliant l'ailette intrados 34 et l'ailette extrados 36 sur cette hauteur H. Les ailettes intrados et extrados 34, 36 assurent le positionnement du bouclier 32 sur le corps d'aube 30. Les ailettes intrados et extrados 34, 36 présentent chacune un bord libre 40, 42 et s'étendent chacune en longueur de la section centrale 38 au bord libre 40, 42 correspondant.
Le vent relatif présentant normalement un certain angle d'attaque par rapport au bord d'attaque 18, l'intrados de l'aube 16 est plus exposé aux impacts à proximité du bord d'attaque 18 que l'extrados. Pour cette raison, dans le mode de réalisation illustré, dans un premier segment SI du bouclier de bord d'attaque 32 adjacent au pied d'aube 28, et s'étendant sur au moins 60 %, voire 75% de la hauteur H du bouclier de bord d'attaque, la longueur I de l'ailette intrados 34, mesurée du bord d'attaque 18 au bord libre 40, est supérieure à la longueur L de l'ailette extrados 36, mesurée du bord d'attaque 18 au bord libre 42 correspondant, comme illustré sur la figure 3.
Toutefois, grâce vrillage de l'aube et/ou au carter 50, dont l'entrée peut être plus étroite que la soufflante 14, est moins exposée aux impacts à forte énergie. Ainsi, la longueur I de l'ailette intrados 34 peut être réduite pour devenir égale ou inférieure à la longueur L de l'ailette extrados 36 dans un deuxième segment S2 du bouclier de bord d'attaque 32, plus proche de la tête d'aube 26 que du pied d'aube 28, comme illustré sur la figure 4. Ainsi, la masse et surtout l'inertie du bouclier 32 peuvent être réduites sans affecter négativement de manière sensible leur protection par ce même bouclier de bord d'attaque 32. Dans ce deuxième segment S2 du bouclier de bord d'attaque 32, la longueur I de l'ailette intrados 34 peut rester égale ou supérieure à 70%, voire 85% de la longueur L de l'ailette extrados 36.
Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Bouclier de bord d'attaque (32) pour aube (16) de turbomachine, ledit bouclier de bord d'attaque (32) comportant une ailette intrados (34) et une ailette extrados (36), s'étendant chacune en hauteur et en longueur, reliées l'une à l'autre sur leur hauteur, l'ailette intrados (34) présentant une longueur plus grande que l'ailette extrados (36) sur un premier segment (SI) du bouclier de bord d'attaque (32), et une longueur égale ou inférieure à l'ailette extrados (36) sur un deuxième segment (S2) du bouclier de bord d'attaque (32).
  2. 2. Bouclier de bord d'attaque (32) suivant la revendication 1, dans lequel ledit premier segment (SI) du bouclier (32) s'étend sur au moins 60% de la hauteur des ailettes intrados et extrados (34,36).
  3. 3. Bouclier de bord d'attaque (32) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, dans ledit deuxième segment (S2) du bouclier la longueur de l'ailette intrados (34) reste égale ou supérieure à 70%, voire 85% de la longueur de l'ailette extrados.
  4. 4. Bouclier (32) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, étant en matériau métallique.
  5. 5. Aube (4) s'étendant en hauteur d'un pied d'aube (28) à une tête d'aube (26) et comprenant un corps d'aube (9) et un bouclier de bord d'attaque (32) suivant l'une quelconque des revendications précédentes assemblé sur le corps d'aube (30), le corps d'aube (9) étant en matériau composite à matrice en polymère renforcée par des fibres, et le bouclier de bord d'attaque (32) étant en un matériau ayant une meilleure résistance aux impacts ponctuels que le matériau composite du corps d'aube (9).
  6. 6. Aube (4) suivant la revendication 5, dans laquelle le premier segment (SI) du bouclier de bord d'attaque (32) étant plus proche du pied d'aube (28) que le deuxième segment (S2) du bouclier de bord d'attaque (32).
  7. 7. Turbomachine comprenant une pluralité d'aubes (16) selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6.
  8. 8. Soufflante (14) comprenant une pluralité d'aubes (16) selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6.
  9. 9. Turboréacteur à double flux (10) comprenant une soufflante (14) selon la revendication 8.
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